FR2635587A1 - APPARATUS AND METHOD FOR OPTICAL DENSITY MEASUREMENTS OF BIOMASSES - Google Patents

APPARATUS AND METHOD FOR OPTICAL DENSITY MEASUREMENTS OF BIOMASSES Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un appareil de mesure de densité optique. Cet appareil comprend une sonde optique 2 à fibres optiques 12, 13, avec une cellule de détection 6, une source de lumière 14 et un détecteur de lumière 16 auquel sont reliés des moyens de linéarisation du signal de sortie, des moyens de compensation des interférences provoquées par l'agitation et les bulles de gaz, et des moyens d'enregistrement des résultats. Application : procédés perfectionnés pour le contrôle direct en temps réel de la densité cellulaire.The invention relates to an optical density measuring apparatus. This apparatus comprises an optical probe 2 with optical fibers 12, 13, with a detection cell 6, a light source 14 and a light detector 16 to which are connected means for linearization of the output signal, interference compensation means caused by agitation and gas bubbles, and means for recording the results. Application: advanced methods for direct real-time monitoring of cell density.

Description

La présente invention concerne un perfectionne-The present invention relates to an improvement

ment ayant trait a, ou bien décrit, un appareil et un procédé pour l'obtention de mesures de densité optique comme moyen de contrôler avec pecisic;n un svst-me d; transformation dynamique de biomasse, tel qu'un procédé de fermentation, anaérobie ou aérobie, de micro-organismes. La présente invention concerne plus précisément un procédé pour déterminer la densité optique directe d'un système de  relating to or described an apparatus and a method for obtaining optical density measurements as a means of controlling with respect to a system of measurement; dynamic transformation of biomass, such as a fermentation process, anaerobic or aerobic, of microorganisms. The present invention more specifically relates to a method for determining the direct optical density of a control system.

traitement dynamique dans la totalité de la plage opéra-  dynamic processing in the entire operational range

toire par compensation du facteur d'interférence primaire.  by compensating for the primary interference factor.

La mesure de la densité cellulaire est importante dans le contrôle du programme d'un procédé de  The measurement of cell density is important in the control of the program of a

fermentation. De nombreux procédés et appareils correspon-  fermentation. Many processes and apparatus correspond to

dants ont été proposés pour la mesure de la densité cellulaire. Aucun des procédés et appareils antérieurs ne se sont révélés réussis et satisfaisants avant la présente invention. De préférence, l'utilisation d'une sonde stérilisable, qui peut être insérée directement dans le fermenteur ou le milieu nutritif pour la mesure de la densité cellulaire, serait avantageuse et fournirait une information intéressante dans le contrôle de l'évolution du processus. Habituellement, la concentration en produit est liée à la masse cellulaire dont la détermination peut être  have been proposed for the measurement of cell density. None of the prior methods and apparatus have been found to be successful and satisfactory prior to the present invention. Preferably, the use of a sterilizable probe, which can be inserted directly into the fermenter or nutrient medium for measurement of cell density, would be advantageous and would provide valuable information in controlling the evolution of the process. Usually the product concentration is related to the cell mass whose determination can be

obtenue à partir de mesures de densité cellulaire.  obtained from measurements of cell density.

Jusqu'à présent, la densité cellulaire a été  So far, the cell density has been

mesurée par intervalles discrets en prélevant des échan-  measured in discrete intervals by taking samples

tillons dans le fermenteur. Ce mode opératoire ne permet-  in the fermentor. This procedure does not allow

tait pas d'obtenir un dosage direct et rapide du produit, mais avait pour résultat une estimation de la masse cellulaire qui constitue une indication de la concentration en produit au moment du prélèvement de l'échantillon dans le fermenteur. Pour parvenir à un contrôle opératoire satisfaisant et précis d'un système direct de mesure, un  It was not a matter of obtaining a direct and rapid dosage of the product, but resulted in an estimate of the cell mass which is an indication of the concentration of product at the time of sampling in the fermenter. To achieve a satisfactory and precise operational control of a direct measurement system, a

système de mesure en continu est souhaitable.  Continuous measurement system is desirable.

Les mesures indirectes de contrôle sont basées sur différents paramètres opératoires et sont limitées par  Indirect control measures are based on different operating parameters and are limited by

la précision du modèle mathématique de croissance cel-  the precision of the mathematical model of cell growth

lulaire, de consommation de substrat et de formation de  of substrate consumption and formation of

produit. Les hypothèses concernant les rendements cons-  product. The assumptions concerning the returns

tants, les coefficients de maintien et la stoechiométrie peuvent ne pas être valables dans toute la plage opératoire en raison d'un appauvrissement en substrats et d'une accumulation de substances intermédiaires qui peuvent être métabolisées, ainsi que de la formation de produits  tants, the holding coefficients and the stoichiometry may not be valid throughout the entire operating range due to a depletion of substrates and an accumulation of intermediate substances that can be metabolized, as well as product formation.

inhibiteurs.inhibitors.

Le procédé de mesure de densité cellulaire par intervalles discrets constitue au mieux une technique de mesure de densité par approximation. A partir d'un orifice stérilisé de prélèvement d'échantillon, on prélève un petit volume de bouillon de culture, après s'être assuré que l'orifice a été purgé. L'échantillon est transporté sur la paillasse du laboratoire et la dilution appropriée de l'échantillon est effectuée. Un soin particulier doit être apporté à la précision et à la régularité de la technique de pipetage et de l'appareillage, ainsi qu'à celles d'autres opérateurs prélevant également des échantillons par intervalles. Finalement, la densité optique est mesurée, multipliée par le facteur de dilution et la valeur est enregistrée. Pendant ce temps, du prélèvement de l'échantillon à l'enregistrement de la valeur mesurée, on ne connaît pas quelle étape opératoire appropriée suivante  The method of measuring discrete interval cell density is at best a proxy density measurement technique. From a sterilized sample collection port, a small volume of culture broth is taken after ensuring that the orifice has been purged. The sample is transported to the bench of the laboratory and the appropriate dilution of the sample is carried out. Particular care must be taken in the accuracy and regularity of the pipetting technique and the equipment, as well as those of other operators also taking samples at intervals. Finally, the optical density is measured, multiplied by the dilution factor and the value is recorded. During this time, from taking the sample to recording the measured value, it is not known which next appropriate operating step

sera nécessaire pour optimiser le procédé global.  will be necessary to optimize the overall process.

Le procédé de mesure de la densité cellulaire par intervalles discrets n'est pas susceptible d'être automatisé. On doit se fier à un quelconque paramètre mesuré indirectement: métabolique ou physique. Les mesures dans les systèmes dynamiques présentent différents inconvénients. La complexité physique des cultures de  The method of measuring the cell density at discrete intervals is not likely to be automated. One must rely on any parameter measured indirectly: metabolic or physical. Measurements in dynamic systems have different disadvantages. The physical complexity of the cultures of

fermentation microbienne est influencée par les caractéris-  microbial fermentation is influenced by the characteristics

tiques du milieu, les dimensions, la forme et le type de l'organisme; des variations opératoires: le pH, la température, la pression, l'agitation, etc. La complexité métabolique des cultures en croissance est influencée par  middle ticks, dimensions, shape and type of the body; operating variations: pH, temperature, pressure, agitation, etc. The metabolic complexity of growing crops is influenced by

des phases de croissance microbienne en réponse à l'en--  microbial growth phases in response to the en--

vironnement physique. Cela affecte les dimensions des cellules, les duplex de réplication, la formation de chaines, les inclusions, la formation corpusculaire, etc. De même, pour des micro-organismes croissant dans un bouillon nutritif complexe, on ne possède pas de certitude sur les substances nutritives qui sont utilisées à chaque étape de développement dans ce procédé. En conséquence, il  physical environment. This affects cell size, replication duplexes, chain formation, inclusions, corpuscular formation, etc. Similarly, for microorganisms growing in a complex nutrient broth, there is no certainty about the nutrients that are used at each stage of development in this process. As a result, he

est difficile de préparer un modèle de la croissance.  is difficult to prepare a growth model.

Jusqu'à présent, les capteurs optiques étaient avantageux pour la mesure de la quantité de lumière passant à travers un fluide opératoire. Cependant, la quantité de lumière transmise à travers un quelconque fluide opératoire particulier peut être réduite par différents facteurs tels que les matières solides en suspension, les matières solides dissoutes et la formation d'une émulsion. Les matières solides en suspension et les émulsions réduisent également le facteur de transmission de lumière par dispersion de la lumière. Dans un milieu aérobie, la densité optique se révèle être influencée par le nombre de bulles et par les dimensions de ces bulles. Des bulles de gaz volumineuses, telles que des bulles d'air, dispersent la lumière exactement de la même manière que des particules volumineuses, mais conservent une certaine transparence à la lumière. A de hautes vitesses d'agitation, lorsque des bulles plus petites sont produites, la dispersion de la lumière possède un effet réduit et la transparence est accrue. En conséquence, un système de biomasse pose des problèmes qui lui sont propres, associés aux mesures au moyen de capteurs optiques. En conséquence, l'objectif de la présente invention consiste à proposer un appareil et un procédé pour une mesure directe de densité optique d'un système de traitement dynamique de biomasse dans lequel des organismes sont en culture, des mesures rapides directes de la densité cellulaire étant requises; les mesures sont effectuées en continu ou en temps réel par rapport au procédé; une mesure sur place est utilisée pour éviter les problèmes liés à des prélèvements d'échantillons discrets successifs tels que les logistiques d'obtention de l'échantillon prélevé par intervalles, la stérilisation, le risque de perturber le processus, le temps écoulé entre le prélèvement d'un échantillon et l'enregistrement de la mesure, la détermination rapide de l'étape opératoire  Until now, optical sensors have been advantageous for measuring the amount of light passing through an operating fluid. However, the amount of light transmitted through any particular operating fluid can be reduced by various factors such as suspended solids, dissolved solids, and emulsion formation. Suspended solids and emulsions also reduce the light transmittance of light scattering. In an aerobic environment, the optical density appears to be influenced by the number of bubbles and the dimensions of these bubbles. Large gas bubbles, such as air bubbles, scatter the light in exactly the same way as large particles, but retain some light transparency. At high stirring speeds, when smaller bubbles are produced, the dispersion of the light has a reduced effect and the transparency is increased. As a result, a biomass system poses unique problems associated with measurements by means of optical sensors. Accordingly, the object of the present invention is to provide an apparatus and method for direct optical density measurement of a dynamic biomass processing system in which organisms are cultured, direct rapid measurements of cell density. being required; the measurements are carried out continuously or in real time relative to the process; On-the-spot measurement is used to avoid problems with successive discrete samples such as interval sample logging, sterilization, disruption of the process, time between sampling of a sample and the recording of the measurement, the rapid determination of the operative step

appropriée au moment de prélèvement de l'échantillon.  appropriate when the sample is taken.

Un autre objectif de la présente invention  Another object of the present invention

consiste à proposer un procédé pour déterminer la con-  consists in proposing a method for determining the con-

centration d'un système de biomasse aérobie ou anaérobie en  concentration of an aerobic or anaerobic biomass system in

termes de compensation de n'importe quel facteur inter-  terms of offsetting any international factor

férent concernant la densité optique, tel que des bulles de gaz, ce qui garantit une linéarité dans toute la plage de mesure. Un autre objectif consiste à proposer un appareil de mesure de densité optique qui facilite le contrôle automatique en continu, en temps réel, du  the optical density, such as gas bubbles, which ensures linearity throughout the measurement range. Another objective is to provide an optical density measuring device which facilitates the continuous, real-time automatic control of the

processus de fermentation, avec pour résultat une automati-  fermentation process, resulting in an automatic

sation totale du procédé.total process.

Un objectif général de la présente invention  A general objective of the present invention

consiste à surmonter les inconvénients de l'art antérieur.  is to overcome the disadvantages of the prior art.

Encore d'autres objectifs apparaîtront ci-après dans la  Still other objectives will appear below in the

description détaillée suivante.following detailed description.

Ces objectifs sont atteints dans la présente invention par utilisation d'une sonde stérilisable à fibres optiques ayant une ouverture ou distance de parcours de cellule à travers laquelle passe un fluide contenant une biomasse en réaction, et ayant une source de lumière pour fibres optiques et un détecteur de lumière transmise par fibres optiques. Lors du fonctionnement, la lumière provenant de la fibre optique constituant la source lumineuse passe à travers le milieu de l'échantillon dans l'ouverture de la cellule et la lumière transmise est ensuite envoyée à travers l'extrémité réceptrice du conduit à fibre optique et envoyée au transmetteur; ledit transmetteur consiste en un amplificateur de signal et un ordinateur ayant un programme permettant de linéariser le signal de sortie. La sonde optique est enfermée de manière amovible dans un fermenteur ou un élément similaire muni  These objectives are achieved in the present invention by using a fiber optic sterilizable probe having an opening or a cell path distance through which a fluid containing a biomass reacts, and having a light source for optical fibers and a light source. light sensor transmitted by optical fibers. In operation, the light from the optical fiber constituting the light source passes through the medium of the sample into the aperture of the cell and the transmitted light is then passed through the receiving end of the fiber optic conduit and sent to the transmitter; said transmitter consists of a signal amplifier and a computer having a program for linearizing the output signal. The optical probe is removably enclosed in a fermentor or similar element provided with

d'une instrumentation de contrôle.-  control instrumentation.-

En général, le capteur optique dans la sonde mesure la quantité de lumière qui passe à travers un fluide opératoire présent dans l'ouverture de la cellule. Le système est capable de compenser automatiquement la  In general, the optical sensor in the probe measures the amount of light that passes through an operating fluid present in the opening of the cell. The system is able to automatically compensate the

présence de bulles de gaz dans l'ouverture de la cellule.  presence of gas bubbles in the opening of the cell.

D'autres caractéristiques et avantages de la  Other features and benefits of the

présente invention ressortiront de la description détaillée  present invention will emerge from the detailed description

qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme schématique de la totalité du système opératoire; la figure 2 est une représentation schématique de la sonde avec la cellule de mesure; la figure 3 est une représentation schématique  which follows, made with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a schematic diagram of the entire operating system; Figure 2 is a schematic representation of the probe with the measuring cell; FIG. 3 is a schematic representation

d'un réacteur-fermenteur pour systèmes biologiques.  reactor-fermentor for biological systems.

En ce qui concerne les dessins, et en par-  With regard to the drawings, and in particular

ticulier la figure 2, le numéro de référence 2 désigne une sonde conforme à la présente invention. La sonde 2 peut être constituée de n'importe quelle matière non sujette à corrosion par du milieu présent dans l'installation. Cependant, la sonde 2 est de préférence constituée d'un boîtier en acier inoxydable. La sonde consiste en un raccord Ingold 4 qui permet l'insertion de la sonde 2 dans le corps ou la paroi d'un réacteur 1, tel qu'un réservoir de fermentation, et une fixation à celui-ci de manière ferme et amovible. Le raccord Ingold 4 et un dispositif de joint torique 5 permettent à la sonde 2 d'être ajustée de manière étanche à travers un tube d'accès 3 relié à la paroi du réacteur 1 et le tube d'accès 3 possède un raccord  In particular Figure 2, reference numeral 2 denotes a probe according to the present invention. The probe 2 may be made of any material not subject to corrosion by the medium present in the installation. However, the probe 2 is preferably made of a stainless steel case. The probe consists of an Ingold 4 connector which allows the insertion of the probe 2 into the body or the wall of a reactor 1, such as a fermentation tank, and a fastening thereto in a firm and removable manner. The connector Ingold 4 and an O-ring device 5 allow the probe 2 to be tightly fitted through an access tube 3 connected to the wall of the reactor 1 and the access tube 3 has a connection

s'adaptant à celui du raccord Ingold 4.  adapting to that of the Ingold 4 fitting.

A l'intérieur de la sonde 2 se trouve une source de lumière par radiation 14 et un photodétecteur sensible 16. La source de lumière 14 et le détecteur 16 sont chacun reliés respectivement à des conducteurs électriques 17 et 18. La source de lumière 14 est alimentée en courant par le conducteur 17. Le détecteur 16 transmet une impulsion de signal à travers le conducteur de courant 18 à un moyen d'amplification et d'enregistrement du signal. La source de lumière par radiation 14 et le photodétecteur 16 sont séparés du milieu opératoire par les  Inside the probe 2 is a radiation light source 14 and a sensitive photodetector 16. The light source 14 and the detector 16 are each connected respectively to electrical conductors 17 and 18. The light source 14 is The detector 16 transmits a signal pulse through the current conductor 18 to a signal amplification and recording means. The radiation light source 14 and the photodetector 16 are separated from the operating medium by the

fibres optiques 12 et 13 qui sont utilisées pour transmet-  optical fibers 12 and 13 which are used for transmitting

tre la lumière 12 de la source et la lumière 13 détectée.  the light 12 of the source and the light 13 detected.

L'orifice de cellule à l'extrémité de la sonde faisant saillie dans le réacteur et le milieu réactionnel qui s'y trouve, il est défini par une longueur de parcours un espace d'échantillonnage 6 dans lequel les fibres optiques 12 et 13 se terminent par des fenêtres 10 et 11 fixées hermétiquement. Les fenêtres 10 et 11 sont les portions terminales des fibres optiques 12 et 13 respectives et ont  The cell orifice at the end of the probe protruding into the reactor and the reaction medium therein, it is defined by a path length a sampling space 6 in which the optical fibers 12 and 13 are terminate with windows 10 and 11 hermetically fixed. The windows 10 and 11 are the end portions of the respective optical fibers 12 and 13 and have

pour rôle de protéger les extrémités des fibres optiques.  for the role of protecting the ends of the optical fibers.

263558r Les fenêtres 10 et 11 sont généralement placées face a face l'une de l'autre dans l'espace d'échantillonnage 6. En outre, ces fenêtres 10 et 11 peuvent être constituées de n'importe quelle matière transmettant la lumière, qui permet à la radiation lumineuse requise de passer a travers l'espace d'échantillonnage 6 et, de manière similaire, qui permet la détection de la lumière transmise à travers la matière présente dans la cellule d'échantillonnage 6. De préférence, les fenêtres sont constituées de Pyrex ou de  The windows 10 and 11 are generally placed facing each other in the sampling space 6. In addition, these windows 10 and 11 may be made of any light transmitting material, which allows the required light radiation to pass through the sampling space 6 and, similarly, which allows the detection of the light transmitted through the material present in the sampling cell 6. Preferably, the windows are made of Pyrex or

quartz.quartz.

La fibre optique de captage 13 est reliée à un photodétecteur 16 qui est à son tour relié à un conducteur de courant 18. Le photodétecteur est recouvert par un filtre optique 15 qui élimine toutes les longueurs d'onde de lumière inférieures & 850 nanomètres, supprimant ainsi l'interférence par la lumière ambiante. Le seuil de coupure de longueur d'onde du filtre supprime ainsi l'interférence provoquée par une couleur. En conséquence, la plupart des particules apparaissent similaires à cette longueur d'onde  The pickup optical fiber 13 is connected to a photodetector 16 which is in turn connected to a current conductor 18. The photodetector is covered by an optical filter 15 which eliminates all light wavelengths less than 850 nanometers, suppressing thus interference by ambient light. The wavelength cutoff threshold of the filter thus eliminates the interference caused by a color. As a result, most particles appear similar at this wavelength

élevée.high.

Au cours de la mise en oeuvre du procédé, la solution dans le fermenteur est tout d'abord un bouillon pratiquement limpide et se transforme au cours de la mise en oeuvre du procédé en une solution de couleur très foncée. Une longueur optimale de trajet optique est choisie dans l'espace d'échantillonnage 6 afin de permettre à la  During the implementation of the method, the solution in the fermenter is first a substantially clear broth and is transformed during the implementation of the process into a very dark color solution. An optimum optical path length is chosen in the sampling space 6 to allow the

sonde un examen dans la totalité de la plage opératoire.  probe an examination throughout the operating range.

L'intervalle de mesure est inversement proportionnel à la longueur de parcours et la résolution- est directement proportionnelle à la longueur de parcours. En conséquence, plus la longueur de parcours dans la cellule 6 de la sonde optique est petite, plus la plage observable est grande,  The measurement interval is inversely proportional to the path length and the resolution is directly proportional to the path length. Consequently, the shorter the path length in the cell 6 of the optical probe, the larger the observable range,

mais plus la résolution est faible.  but the lower the resolution.

L'unité classique de mesure est l'unité d'absorption (U.A.). Il s'agit d'une unité arbitraire qui est définie lors de l'utilisation de la manière suivante: zéro U.A. est la quantité de lumière absorbée dans un milieu nutritif limpide en l'absence de croissance cellulaire. Chaque unité supplémentaire correspond à une variation décimale (facteur 10, c'est-à-dire le logarithme de la variation) de la quantité de lumière absorbée et est corrélée à l'intensité du courant de sortie par le  The classical unit of measurement is the absorption unit (U.A.). This is an arbitrary unit that is defined when used in the following manner: U.A. is the amount of light absorbed in a clear nutrient medium in the absence of cell growth. Each additional unit corresponds to a decimal variation (factor 10, ie the logarithm of the variation) of the amount of light absorbed and is correlated to the intensity of the output current by the

photodétecteur.-photodétecteur.-

Un problème posé par un tel système est qu'il est possible que la corrélation entre les lectures  A problem with such a system is that it is possible that the correlation between the readings

d'absorption de lumière et la mesure réelle de concentra-  of light absorption and the actual measurement of

tion ne soit pas linéaire dans la totalité de la plage.  tion is not linear throughout the entire range.

-Dans un segment extrêmement petit de la courbe d'absorp-  -In an extremely small segment of the absorption curve

tion, il existe une relation linéaire entre le processus et le signal lumineux de sortie. Mais, dans le cas d'une mesure dans un large intervalle, il n'existe pas de relation linéaire, ce qui signifie qu'une variation dans une région limpide ne correspond pas à une variation égale ou équivalente dans la région sombre. Cependant, ce déséquilibre ou cette variation non égale peut être linéarisé dans le transmetteur programmé de la figure 2 et de la figure 3. Le transmetteur est un transmetteur contrôlé par microprocesseur avec une source d'entrée à pavé de touches numériques et un dispositif d'affichage de caractères. En conséquence, par la compréhension des relations comportementales entre les particules et en connaissant un certain phénomène concernant la nature de la lumière en rapport avec la concentration, il est possible d'extrapoler une courbe linéarisée précise à partir de  There is a linear relationship between the process and the output light signal. But, in the case of a measurement in a wide range, there is no linear relation, which means that a variation in a limpid region does not correspond to an equal or equivalent variation in the dark region. However, this imbalance or unequal variation may be linearized in the programmed transmitter of Figure 2 and Figure 3. The transmitter is a microprocessor-controlled transmitter with a digital keypad input source and a controller. character display. Consequently, by understanding the behavioral relations between particles and knowing a certain phenomenon concerning the nature of the light in relation to the concentration, it is possible to extrapolate a precise linearized curve from

seulement deux points d'entrée.only two entry points.

Lorsqu'un fermenteur microbien classique muni de l'instrumentation de contrôle nécessaire a été utilisé, le dispositif interne à l'intérieur du fermenteur consiste en une série de déflecteurs orientés radialement et en une unité d'échange de chaleur. Les déflecteurs empêchent un  When a conventional microbial fermenter equipped with the necessary control instrumentation has been used, the internal device inside the fermenter consists of a series of radially oriented baffles and a heat exchange unit. Baffles prevent a

tourbillonnement afin d'améliorer l'efficacité de l'aéra-  swirling to improve the efficiency of the aerator

tion. Il est également utilisé un moyen pour disperser efficacement de petites bulles dans le milieu, tel que des agitateurs à turbine à trois disques placés sur l'arbre de l'agitateur du fermenteur. Un dispositif mixte orifice de pulvérisation/agitateur (conduit perforé) produit et disperse de petites bulles d'air dans la totalité du  tion. Also used is a means for effectively dispersing small bubbles in the medium, such as three disc turbine stirrers placed on the fermentor agitator shaft. A mixed spray orifice / agitator device (perforated conduit) produces and disperses small air bubbles throughout the entire

fermenteur. La vitesse d'agitation, qui peut être variable-  fermenter. The stirring speed, which can be variable

ment ajustée à 1000 tr/min, a été réglée dans le fermen-  adjusted to 1000 rpm, has been set in

teur.tor.

L'agitation a pour rôle d'accroître la surface disponible pour le transfert de l'oxygène par dispersion de l'air dans le bouillon de culture sous forme de petites bulles. L'agitation retarde également la fuite des bulles d'air, c'est-à-dire augmente le temps de contact, dans le liquide et empêche une cDalescence. L'agitation diminue l'épaisseur du film liquide à l'interface gaz/liquide en créant une turbulence dans la zone de culture. En général, cet appareillage, tel qu'il est décrit, se révèle très efficace par la production d'un grand nombre de très  The stirring has the role of increasing the available surface area for the transfer of oxygen by dispersing the air in the culture broth in the form of small bubbles. Stirring also delays the escape of air bubbles, i.e. increases the contact time, in the liquid and prevents cales. Stirring decreases the thickness of the liquid film at the gas / liquid interface by creating turbulence in the culture zone. In general, this apparatus, as described, is very effective in producing a large number of very

petites bulles de gaz dans le fermenteur.  small bubbles of gas in the fermenter.

Dans le système de fermentation aérobie défini ci-dessus, la vitesse d'agitation (turbulence) constitue lé principal facteur d'interférence dans l'obtention de  In the aerobic fermentation system defined above, agitation speed (turbulence) is the main interference factor in obtaining

mesures précises et représentatives de la densité cel-  precise and representative measurements of the cell density

lulaire. Le débit de l'air et la pression de l'air possèdent peu d'effet. Le problème d'une formation de mousse non contrôlée est provoqué par un temps de séjour accru des bulles. Lorsque la formation de mousse se poursuit, il existe un accroissement quantitatif du  lulaire. Airflow and air pressure have little effect. The problem of uncontrolled foam formation is caused by increased residence time of the bubbles. As foam formation continues, there is a quantitative increase in

diamètre et du nombre de bulles.diameter and number of bubbles.

La sonde en acier inoxydable est fixée de  The stainless steel probe is attached

manière amovible et étanche à travers la paroi du fermen-  Removable and waterproof way through the wall of the fermen-

teur, de sorte que la partie sensible de la sonde contenant la fibre optique de la source lumineuse,-la fibre optique du photodétecteur et la cellule de mesure de densité est directement introduite dans le milieu de fermentation. Lors de la progression de la fermentation, le milieu liquide peut passer d'une solution pratiquement limpide à une solution très opaque. Un trajet optique est choisi dans la sonde pour permettre à la sonde une détection dans la totalité de la plage opératoire. Dans le cas de mesures dans un large intervalle, la corrélation entre les valeurs  tor, so that the sensitive part of the probe containing the optical fiber of the light source, the optical fiber of the photodetector and the density measuring cell is directly introduced into the fermentation medium. As the fermentation progresses, the liquid medium can go from a virtually clear solution to a very opaque solution. An optical path is chosen in the probe to enable the probe to be detected throughout the entire operating range. In the case of measurements in a wide range, the correlation between the values

mesurées observées et réelles peut ne pas être linéaire.  observed and actual measured values may not be linear.

Cela signifie qu'une variation dans la solution limpide ne correspond pas ou n'indique pas une variation égale dans la région opaque. En conséquence, la sonde est couplée à un transmetteur qui est programmé pour linéariser les mesures  This means that a variation in the clear solution does not match or indicate equal variation in the opaque region. As a result, the probe is coupled to a transmitter that is programmed to linearize the measurements

dans un large intervalle.in a wide range.

Il a été trouvé que la vitesse d'agitation possède un effet sur la densité cellulaire directe observée. La variation du signal provenant de la sonde s'est révélé être proportionnelle à la vitesse d'agitation et inversement proportionnelle à la densité cellulaire. En conséquence, le signal de la sonde est une valeur composite qui dépend: a) de la densité cellulaire et de la viscosité de la solution, b) de la vitesse d'agitation si elle est supérieure à 400 tr/min, et c) du diamètre et du nombre de  It has been found that the agitation rate has an effect on the observed direct cell density. The signal variation from the probe was found to be proportional to the stirring rate and inversely proportional to the cell density. As a result, the probe signal is a composite value which depends on: a) the cell density and viscosity of the solution, b) the stirring speed if it is greater than 400 rpm, and c) diameter and number of

bulles dans le milieu liquide.bubbles in the liquid medium.

Le modèle de correction, qui ajuste les résultats bruts de densité, est basé sur deux équations linéaires. Chaque équation effectue une corrélation entre la valeur de densité cellulaire directe et la densité  The correction model, which adjusts the raw density results, is based on two linear equations. Each equation correlates the direct cell density value with the density

optique à une vitesse d'agitation particulière (en tr/min).  optical at a particular stirring speed (in rpm).

L'intersection entre les équations linéaires est un point o l'agitation ne possède aucun effet sur le signal. Cela signifie que, au-dessous de ce point, un accroissement d'agitation rend l'aspect de la solution plus sombre, c'est-à-dire plus opaque (densité optique supérieure), sous l'influence du nombre de bulles et de leur diamètre; et, au-dessus de ce point, un accroissement d'agitation rend l'aspect de la solution plus limpide (densité optique inférieure). Le phénomène est attribué à l'effet des bulles dans le milieu sur le signal total de la sonde. Cela signifie que, à ce point, l'effet de transparence est égal à l'effet de dispersion en raison de la présence de bulles  The intersection between the linear equations is a point where the agitation has no effect on the signal. This means that, below this point, an increase in agitation makes the appearance of the solution darker, that is to say more opaque (higher optical density), under the influence of the number of bubbles and their diameter; and, above this point, an increase in agitation makes the appearance of the solution more clear (lower optical density). The phenomenon is attributed to the effect of bubbles in the medium on the total signal of the probe. This means that at this point the transparency effect is equal to the scattering effect due to the presence of bubbles

dans le milieu de fermentation.in the fermentation medium.

Un autre facteur introduit dans les équations  Another factor introduced into the equations

de linearisation est l'effet connu de la vitesse d'agita-  of linearisation is the known effect of the stirring speed

tion sur les bulles. Il a été trouvé qu'à un point autre que le point d'intersection, il existe une corrélation non linéaire entre la vitesse d'agitation (en tr/min) et les variations de signal. Il est choisi une équation qui se rapproche le mieux du phénomène entre 200 tr/uin et  on the bubbles. It has been found that at a point other than the point of intersection there is a non-linear correlation between the stirring speed (in rpm) and the signal variations. It is chosen an equation that best approximates the phenomenon between 200 tr / uin and

1000 tr/min. Une aération faible ou nulle se produit au-  1000 rpm. Low or no aeration occurs

dessous de 200 tr/min et, de manière similaire, une aération faible ou nulle se produit au-dessus de 1000 tr/min, le procédé d'aération commençant à s'arrêter à un certain niveau en raison des limitations de conception du  below 200 rpm and, similarly, low or no aeration occurs above 1000 rpm, the aeration process starting to stop at a certain level due to the design limitations of the

procédé général et de l'appareillage.  general process and equipment.

Il a été trouvé que le signal de la sonde constitue un facteur de la vitesse d'agitation. La réponse dépend également du rapport des concentrations des cellules  It has been found that the signal from the probe is a factor in the stirring speed. The answer also depends on the ratio of cell concentrations

aux bulles d'air, comparativement à la vitesse d'agitation.  to air bubbles, compared to the stirring speed.

Cela signifie que, dans les mêmes conditions, à de faibles densités cellulaires, le signal est plus fort à de hautes vitesses d'agitation qu'il ne l'est à de hautes densités cellulaires. Une courbe dans la région de faible agitation  This means that, under the same conditions, at low cell densities, the signal is stronger at high stirring speeds than it is at high cell densities. A curve in the region of weak agitation

a été choisie pour la plus grande précision dans l'inter-  was chosen for the greatest precision in the inter-

valle qui était le plus déterminant pour le procédé de fermentation. Une dérivation polynomiale de la courbe a été déterminée à partir des résultats recueillis à partir de l'effet de la vitesse d'agitation sur la puissance du signal à une densité optique donnée ou choisie. La courbe était sous la forme: Pouzentage de variation de densité cptique = ko+kAg+ k+k3Ag  which was the most important for the fermentation process. A polynomial derivation of the curve was determined from the results collected from the effect of the stirring rate on signal power at a given or chosen optical density. The curve was in the form: Pouzentage of density variation cptique = ko + kAg + k + k3Ag

k étant une constante et Ag étant la vitesse d'agitation.  k being a constant and Ag being the stirring speed.

Le transmetteur engendre une courbe de réponse qui s'approche étroitement du phénomène, c'est-à-dire d'une variation linéaire dans la plage de concentration, et ajuste la courbe afin qu'elle s'adapte au fluide opératoire réel. Le transmetteur engendre la courbe de réponse en effectuant des lectures directes ou dans des récipients d'échantillonnage, en mettant les lectures en mémoire et les lectures mises en mémoire sont des valeurs attribuées  The transmitter generates a response curve that closely approximates the phenomenon, that is, a linear variation in the concentration range, and adjusts the curve to fit the actual operating fluid. The transmitter generates the response curve by performing direct readings or in sampling vessels, storing the readings and the stored readings are assigned values

qui ont été déterminées en laboratoire.  which have been determined in the laboratory.

Le système instrumental utilise un ordinateur programmé qui mesure la concentration ou la consistance d'un fluide par absorption de la lumière. Ledit ordinateur programmé contrôle un procédé en continu et engendre une valeur conforme aux courbes d'étalonnage du procédé. A un minimum, une courbe d'étalonnage en deux points est requise pour linéariser le signal de sortie. Ainsi, l'échantillonnage indirect et les erreurs de laboratoire sont réduits et le résultat est représentatif de la  The instrumental system uses a programmed computer that measures the concentration or consistency of a fluid by absorbing light. The programmed computer monitors a process continuously and generates a value consistent with the process calibration curves. At a minimum, a two-point calibration curve is required to linearize the output signal. Thus, indirect sampling and laboratory errors are reduced and the result is representative of the

concentration du fluide en temps réel.  concentration of the fluid in real time.

L'ordinateur programmé est un instrument numérique à base d'un microprocesseur de conception modulaire, consistant en des plaquettes de circuits imprimés, des plaquettes à sortie analogique, une plaquette centrale de traitement destinée à l'exécution du programme, qui comprend l'électronique et interprète les résultats de mesure, une plaquette de communication numérique, une  The programmed computer is a modular microprocessor-based digital instrument consisting of printed circuit boards, analog output boards, a central processing board for program execution, which includes electronics and interprets the measurement results, a digital communication plate, a

plaquette de platine avant destinée à assurer la communica-  front platinum plate for the purpose of communica-

tion avec l'homme, une plaquette de sortie de lampe destinée à régler la tension convenable pour les lampes de détection avec une compensation de perte de tension de réseau; une plaquette-mère pour l'interconnexion de toutes les plaquettes afin de former le système instrumental intégré. Une alimentation électrique fournit du courant électrique stabilisé et non stabilisé aux circuits, aux relais et aux capteurs; une plaquette d'entrée de capteur qui conditionne un signal du capteur pour standardiser  with the man, a lamp output wafer for adjusting the proper voltage for the detection lamps with network voltage loss compensation; a motherboard for interconnecting all the wafers to form the integrated instrumental system. A power supply provides stabilized and unstabilized power to the circuits, relays and sensors; a sensor input pad that conditions a sensor signal to standardize

l'entrée pour la facilité de lecture du microprocesseur.  the input for the readability of the microprocessor.

Lors du fonctionnement, le microprocesseur peut interpréter et afficher les mesures provenant de différents capteurs. En général, les capteurs optiques mesurent la quantité de lumière qui passe à travers un fluide opératoire. La quantité de lumière transmise peut être réduite par des substances solides en suspension, de substances solides dissoutes et des émulsions, de la nanière décrite ci-dessus. Les substances solides en suspension et les émulsions réduisent également la  During operation, the microprocessor can interpret and display measurements from different sensors. In general, optical sensors measure the amount of light that passes through an operating fluid. The amount of light transmitted can be reduced by suspended solids, dissolved solids, and emulsions of the type described above. Suspended solids and emulsions also reduce the

transmittance de la lumière.transmittance of light.

De la manière précitée, l'unité classique de mesure est l'unité U.A. arbitraire (unité d'absorption). La  As mentioned above, the conventional measurement unit is the U.A unit. arbitrary (absorption unit). The

U.A. est définie lors de l'utilisation comme: zéro U.A.-  U.ä. is defined when using as: U.A.

la quantité de lumière absorbée dans une solution limpide (ou solution zéro). Chaque unité supplémentaire est une variation décimale de la quantité de lumière absorbée et, en conséquence, peut être corrélée à la sortie de courant par le photodétecteur. A titre d'exemple, zéro U.A. peut  the amount of light absorbed in a clear solution (or zero solution). Each additional unit is a decimal variation of the amount of light absorbed and, therefore, can be correlated to the current output by the photodetector. For example, zero U.A. can

correspondre à 10 mA de sortie de courant par le photodé-  corresponding to 10 mA of current output by the photode-

tecteur, 1 U.A. correspondrait alors à 1 mA et 2 U.A.  1 U.A. would then correspond to 1 mA and 2 U.A.

correspondraient à 0,1 mA de sortie, etc. Le problème que la présente invention permet de surmonter est la corrélation entre les lectures de luminosité et les mesures réelles -de densité cellulaire, qui peut ne pas être linéaire. Dans un petit segment quelconque de la courbe résultante, il existe une relation linéaire entre la densité cellulaire opératoire et la puissance lumineuse de sortie. Mais, dans un intervalle plus large, il n'existe pas de relation linéaire; le comportement des particules dans les milieux limpides ne  would correspond to 0.1 mA output, etc. The problem that the present invention overcomes is the correlation between brightness readings and actual cell density measurements, which may not be linear. In any small segment of the resulting curve, there is a linear relationship between the operating cell density and the output light power. But, in a wider range, there is no linear relationship; the behavior of particles in clear media does not

présente pas de corrélation avec une variation comportemen-  has no correlation with a behavioral variation

tale équivalente dans la région obscure ou opaque. Cela est linéarisé dans le transmetteur par le micro-processeur programmé.  equivalent in the obscure or opaque region. This is linearized in the transmitter by the programmed microprocessor.

Ainsi, les inconvénients des procédés anté-  Thus, the disadvantages of prior

rieurs sont supprimés. Un système perfectionné d'estimation directe a pour résultat des déterminations plus précises et rapides de la densité cellulaire dans des fermenteurs et des réacteurs similaires. Même dans l'environnement turbulent d'un fermenteur, avec la présence de bulles provenant de l'aération du mélange réactionnel présent dans le réacteur, il a été possible avec la présente invention de résoudre des densités de cellules supérieures à 100 DC et de coupler le système directement à un ordinateur pour  are removed. An improved direct estimation system results in more accurate and rapid determinations of cell density in fermentors and similar reactors. Even in the turbulent environment of a fermenter, with the presence of bubbles from the aeration of the reaction mixture present in the reactor, it has been possible with the present invention to resolve cell densities greater than 100 DC and to couple the system directly to a computer for

le contrôle opératoire.the operative control.

Il est entendu que chacun des éléments décrits ci-dessus, ou bien deux ou plus de deux de ces éléments, peut trouver également une application utile dans d'autres types de constructions, de dispositifs, etc, qui diffèrent  It is understood that each of the elements described above, or two or more of these elements, may also find a useful application in other types of constructions, devices, etc., which differ.

des types décrits ci-dessus.types described above.

Bien que la présente invention ait été illustrée et décrite sous une forme de réalisation destinée  Although the present invention has been illustrated and described in an embodiment for

à mesurer la turbidité d'un liquide dans lequel des micro-  to measure the turbidity of a liquid in which micro-

organismes sont en culture, elle n'est pas destinée à être limitée aux détails représentés et décrits, puisque différentes modifications et variations structurales peuvent être effectuées sans s'écarter en aucune manière de  organisms are in culture, it is not intended to be limited to the details shown and described, since different modifications and structural variations can be made without departing in any way from

l'esprit et du cadre de la présente invention.  the spirit and scope of the present invention.

Sans autre analyse, ce qui précède révèle l'objet essentiel de la présente invention, objet que l'homme de l'art pourra aisément adapter, en utilisant ses connaissances usuelles, à différentes applications, sans omettre des caractéristiques qui, du point de vue de l'art antérieur, constituent les caractéristiques essentielles de  Without further analysis, the foregoing reveals the essential object of the present invention, an object which the person skilled in the art can easily adapt, using his usual knowledge, to different applications, without omitting features which, from the point of view of the prior art, constitute the essential characteristics of

l'aspect général ou particulier de la présente invention.  the general or particular aspect of the present invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour le contrôle d'un système biologique dynamique dans un réacteur biologique contenant un milieu fluide de culture en croissance, par la mesure de la lumière transmise dans une cellule d'échantillonnage définie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à effectuer simultanément: a) l'irradiation du milieu fluide présent dans la cellule, b) l'agitation continuelle du milieu fluide de culture, c) la détection de la lumière transmise, d) la transformation de la lumière transmise détectée en un signal électrique non linéaire de sortie, e) la linéarisation dudit signal électrique non linéaire de sortie, f) la compensation de l'effet de l'agitation sur ledit signal de sortie linéarisé, et  A method for controlling a dynamic biological system in a biological reactor containing a growing culture fluid medium, by measuring the light transmitted in a defined sample cell, characterized in that it comprises the steps of to perform simultaneously: a) the irradiation of the fluid medium present in the cell, b) the continuous stirring of the fluid culture medium, c) the detection of the transmitted light, d) the transformation of the detected transmitted light into a signal nonlinear electrical output, e) linearization of said nonlinear output electrical signal, f) compensation of the effect of agitation on said linearized output signal, and g) l'enregistrement du signal.g) the recording of the signal. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un contrôle d'un système biologique dynamique est effectué par la mesure d'une densité optique directe du milieu fluide de culture en croissance présent  2. Method according to claim 1, characterized in that a control of a dynamic biological system is carried out by measuring a direct optical density of the present growing fluid culture medium. dans la cellule.in the cell. 3. Appareil pour la mesure de la densité optique directe d'un milieu biologique liquide dans un réacteur biologique dans lequel ledit milieu liquide est agité, ledit milieu liquide contenant un organisme biologique en développement et en croissance, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour introduire une sonde optique (2) comprenant une cellule de captage (6) dans  Apparatus for measuring the direct optical density of a liquid biological medium in a biological reactor in which said liquid medium is agitated, said liquid medium containing a developing and growing biological organism, characterized in that it comprises means for introducing an optical probe (2) comprising a sensing cell (6) into ledit milieu biologique liquide, ladite sonde (2) com-  said liquid biological medium, said probe (2) comprises prenant une source de lumière (14) et un détecteur de lumière (16) positionnés vis-à-vis l'un de l'autre dans ladite cellule (6), et comprenant des moyens reliés audit détecteur de lumière (16) et à l'extérieur dudit réacteur, pour linéariser le signal de sortie dudit détecteur (16) et des moyens pour compenser l'interférence provoquée par l'agitation du milieu liquide dans le réacteur sur ledit signal de sortie; ainsi que des moyens pour l'enregistre-  taking a light source (14) and a light detector (16) positioned opposite one another in said cell (6), and comprising means connected to said light detector (16) and outside said reactor, for linearizing the output signal of said detector (16) and means for compensating for interference caused by agitation of the liquid medium in the reactor on said output signal; as well as means for recording ment des résultats de densité optique dans la cellule.  optical density results in the cell. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour introduire la sonde (2) comprenant une cellule de captage optique (6) dans le  4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the means for introducing the probe (2) comprising an optical pickup cell (6) in the milieu biologique liquide consistent en une sonde com-  liquid biological medium consists of a prenant des fibres optiques (12,13) véhiculant la lumière à la cellule et, en position opposée à la cellule, un détecteur photosensible (16) relié aux fibres optiques (12,13) pour véhiculer le signal à un amplificateur et un  taking optical fibers (12,13) carrying the light to the cell and, in a position opposite to the cell, a photosensitive detector (16) connected to the optical fibers (12,13) for conveying the signal to an amplifier and a enregistreur extérieurs.outdoor recorder. 5. Procédé pour déterminer la masse cellulaire  5. Method for determining the cell mass d'un système biologique en effectuant un calcul d'ajuste-  of a biological system by performing an adjustment calculation ment de courbe sur des résultats de densité optique et des résultats d'agitation obtenus à partir d'un réacteur biologique contenant un fluide de culture en croissance, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: à choisir au moins deux séries de vitesses d'agitation et de densités optiques correspondantes, à linéariser les résultats dans un transmetteur par un microprocesseur programmé et à définir la valeur de la masse cellulaire en fonction de l'agitation et de la densité optique et à compenser l'effet de l'agitation par  Curve of optical density and agitation results obtained from a biological reactor containing a growing culture fluid, characterized in that it comprises the steps of: selecting at least two sets of velocities of shaking and corresponding optical densities, linearizing the results in a transmitter by a programmed microprocessor and defining the value of the cell mass as a function of the stirring and the optical density and to compensate for the effect of the stirring by deux équations linéaires dont chacune effectue la correla-  two linear equations each of which correlates tion entre la valeur de densité cellulaire continue et la densité optique à une vitesse particulière d'agitation, ce qui permet d'établir ainsi une relation entre la masse  between the continuous cell density value and the optical density at a particular stirring speed, thereby establishing a relationship between the mass cellulaire et la densité optique.cell and optical density. 6. Procédé suivant la revendication 5,  6. The process of claim 5 caractérisé en ce que la linéarisation est la détermina-  characterized in that the linearization is the determination tion d'au moins deux pentes desdites équations linéaires pour la relation linéaire entre deux séries d'au moins deux points chacun pour les vitesses d'agitation et la densité  at least two slopes of said linear equations for the linear relation between two series of at least two points each for the stirring speeds and the density optique correspondante.corresponding optical system. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de linéarisation est basée sur deux points distincts, distants d'au moins vingt pour cent de la plage opératoire instrumentale et différents de zéro, zéro représentant un fluide de base dans le réacteur biologique.  7. A method according to claim 6, characterized in that the linearization step is based on two distinct points, at least twenty percent apart from the instrumental operating range and different from zero, where zero represents a base fluid in the process. biological reactor. 8. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une vitesse d'agitation est choisie sous forme d'une valeur constante déterminée par le besoin en oxygène des cellules en culture dans le réacteur8. Process according to Claim 5, characterized in that a stirring speed is chosen in the form of a constant value determined by the oxygen requirement of the cells in culture in the reactor. biologique contenant le fluide de culture.  biological composition containing the culture fluid.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634654A2 (en) * 1993-07-14 1995-01-18 Arcangelo Ventura Device for monitoring the quality of purified water, particularly for biological purification plants and the like
EP0857965A1 (en) * 1996-12-11 1998-08-12 Ching Fu Kuan Apparatus for measuring light penetrability of liquids

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910004113B1 (en) * 1988-12-30 1991-06-22 삼성전자 주식회사 Inspection instrument for the formentation condition of vegetables
ATE177201T1 (en) * 1989-04-25 1999-03-15 Tatsuta Densen Kk OPTICAL FLUID SENSOR, ITS MANUFACTURING METHOD AND AUTOMOTIVE OIL AND BATTERY TESTER
US5245200A (en) * 1989-07-10 1993-09-14 Fladda Gerdt H Apparatus and method for preventing blockage of a measuring head for effecting measurements of suspended substances
US4989942A (en) * 1989-09-27 1991-02-05 Hughes Aircraft Company Collimated light optrode
IT1239817B (en) * 1990-03-22 1993-11-15 Donegani Guido Ist IMMERSION OPTICAL SENSOR FOR DETERMINING THE TURBIDITY DEGREE OF A SOLUTION
US5084614A (en) * 1990-09-21 1992-01-28 Tsi Incorporated Optical single particle detector with lenseless fiber optic probe
US5248613A (en) * 1991-07-08 1993-09-28 Roubicek Rudolf V Nonhomogeneous centrifugal film bioreactor
US5208465A (en) * 1992-01-22 1993-05-04 Ispra - Israel Product Research Company Ltd. Automatic detection system of oil spillage into sea waters
US5595905A (en) * 1992-03-12 1997-01-21 G.D. Searle & Co. Process control system for fed-batch fermentation using a computer to predict nutrient consumption
US5371600A (en) * 1992-08-12 1994-12-06 Candela Laser Corporation Fiber optic probe apparatus and method
US5510895A (en) * 1993-03-05 1996-04-23 Sahagen; Armen N. Probe for monitoring a fluid medium
US5526112A (en) * 1993-03-05 1996-06-11 Sahagen; Armen N. Probe for monitoring a fluid medium
DE4311496C2 (en) * 1993-04-07 1995-05-24 Euchner & Co Manual angle encoder
JP3343156B2 (en) * 1993-07-14 2002-11-11 アークレイ株式会社 Optical component concentration measuring apparatus and method
US5587788A (en) * 1993-07-28 1996-12-24 Texas Instruments Incorporated Sampling apparatus for inline spectrographic analysis of viscous materials
US5418615A (en) * 1994-02-25 1995-05-23 Axiom Analytical, Inc. Probe for liquid sample analysis by light transmission
US5646338A (en) * 1994-07-20 1997-07-08 Betzdearborn Inc. Deposition sensing method and apparatus
CA2286845C (en) 1997-04-18 2009-01-13 Centro Nacional De Investigaciones Cientificas (Cnic) Equipment, kit and method for microbiological diagnosis
US6232091B1 (en) 1999-08-11 2001-05-15 Artann Laboratories Electrooptical apparatus and method for monitoring cell growth in microbiological culture
US6456751B1 (en) 2000-04-13 2002-09-24 Calient Networks, Inc. Feedback stabilization of a loss optimized switch
ES2185496B1 (en) * 2001-07-17 2005-06-01 Universidad Politecnica De Valencia ONLINE EQUIPMENT AND METHOD FOR THE DETECTION, DETERMINATION OF THE EVOLUTION AND QUANTIFICATION OF MICROBIAL BIOMASS AND OTHER SUBSTANCES THAT ABSORB THROUGHOUT THE SPECTRUM OF LIGHT DURING THE DEVELOPMENT OF BIOTECHNOLOGICAL PROCESSES.
US20050219526A1 (en) * 2003-01-17 2005-10-06 Hong Peng Method and apparatus for monitoring biological substance
US7339671B2 (en) * 2004-01-20 2008-03-04 Hong Peng Apparatus and method for monitoring biological cell culture
FR2867278B1 (en) * 2004-03-05 2006-05-19 Univ Montpellier Ii METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AND CHARACTERIZING ONLINE A BIOMASS IN A FERMENTATION PROCESS OF LACTIC ACID BACTERIA AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME
FR2867279B1 (en) * 2004-03-05 2006-05-19 Nanotec Solution METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AND CHARACTERIZING A BIOMASS, APPLICATION TO ONLINE BIOMASS DATA MEASUREMENT IN A FERMENTATION PROCESS, AND STEERING METHOD THEREOF
US7180594B2 (en) * 2004-05-27 2007-02-20 Finesse Instruments, Llc. Method and apparatus for verifying proper operation of a photometric device, such as a cell density probe
WO2005119216A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-15 Envision Instruments, Llc Systems and methods for in situ spectroscopic measurements
US8189042B2 (en) * 2006-12-15 2012-05-29 Pollack Laboratories, Inc. Vision analysis system for a process vessel
US8254657B2 (en) * 2007-01-08 2012-08-28 Pollack Laboratories, Inc. Image recognition and analysis system and software
DE102007003040B4 (en) * 2007-01-20 2010-09-02 Stratec Biomedical Systems Ag Apparatus for optically detecting a phase transition or the like
SE0802069A1 (en) * 2008-09-30 2010-03-31 Senseair Ab An arrangement adapted for spectral analysis of high gas concentrations
DE202009008971U1 (en) * 2009-06-30 2009-08-27 Bürkert Werke GmbH & Co.KG Optical sensor finger
US8614739B2 (en) * 2009-12-31 2013-12-24 Pollack Laboratories, Inc. Apparatus and method for analyzing fluids in vessels and pipelines
US8545759B2 (en) * 2011-10-21 2013-10-01 Therapeutic Proteins International, LLC Noninvasive bioreactor monitoring
JP6217674B2 (en) * 2015-03-13 2017-10-25 横河電機株式会社 Transmission probe, optical apparatus, and liquid permeation overmeasurement method
CN105181603A (en) * 2015-09-11 2015-12-23 四川菲博斯科技有限责任公司 Online monitoring and evaluation system of micro-water content in transformer oil on basis of optical fiber
CN105203455A (en) * 2015-09-11 2015-12-30 四川菲博斯科技有限责任公司 Optical fiber-based on-line monitoring system for micro-water content in transformer oil
GB201615814D0 (en) * 2016-09-16 2016-11-02 Aber Instr Ltd Process
GB2569326B (en) * 2017-12-13 2022-09-14 Aber Instruments Ltd Probe
US11499903B2 (en) * 2019-09-23 2022-11-15 Nirrin Technologies, Inc. In-situ probe
CN113388488B (en) * 2020-03-12 2023-09-29 迪必尔智能科技(深圳)有限公司 Probe type biomass on-line detection device capable of achieving high-temperature sterilization

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2067508A5 (en) * 1969-11-06 1971-08-20 Inst Nal Rech Agr
EP0156176A1 (en) * 1984-02-28 1985-10-02 Cetus Corporation Fermentation control system
DD258471A1 (en) * 1987-03-11 1988-07-20 Freiberg Bergakademie METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING SUBSTANCE CONCENTRATIONS IN FLUID MEDIA

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3727066A (en) * 1968-02-16 1973-04-10 Baxter Laboratories Inc Probe photometer with fluid sensing device
CH544145A (en) * 1971-07-23 1973-11-15 Mueller Hans Device for monitoring the growth of organisms in fermentation vessels
US3809913A (en) * 1972-10-20 1974-05-07 Steel Corp Detector for particulate matter in flowing gas streams
CH584290A5 (en) * 1974-03-18 1977-01-31 Mueller Hans Maennedorf
US4021120A (en) * 1974-03-18 1977-05-03 Dr. Ing. Hans Mueller Method of measuring the turbidity of gas-containing liquid mediums with microorganisms
US4087185A (en) * 1975-06-19 1978-05-02 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Blood leak detector
US4561779A (en) * 1983-01-07 1985-12-31 Rikagaku Kenkyusho Instrument for measuring concentration of substance in suspension
US4577110A (en) * 1983-04-11 1986-03-18 Biochem Sensors, Inc. Optical apparatus and method for measuring the characteristics of materials by their fluorescence
US4560873A (en) * 1983-06-17 1985-12-24 Lear Siegler, Inc. Situ multi-channel combustion gas analyzer
GB8519387D0 (en) * 1985-08-01 1985-09-04 British Petroleum Co Plc Optical probe

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2067508A5 (en) * 1969-11-06 1971-08-20 Inst Nal Rech Agr
EP0156176A1 (en) * 1984-02-28 1985-10-02 Cetus Corporation Fermentation control system
DD258471A1 (en) * 1987-03-11 1988-07-20 Freiberg Bergakademie METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING SUBSTANCE CONCENTRATIONS IN FLUID MEDIA

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANALYTICAL CHEMISTRY. vol. 59, no. 19, 01 octobre 1987, COLUMBUS US pages 2444 - 2446; M.L. DIETZ ET AL.: "Fiber-optic probe for measurement of interfacial area in vigorously stirred solvent extraction systems" *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634654A2 (en) * 1993-07-14 1995-01-18 Arcangelo Ventura Device for monitoring the quality of purified water, particularly for biological purification plants and the like
EP0634654A3 (en) * 1993-07-14 1995-10-04 Arcangelo Ventura Device for monitoring the quality of purified water, particularly for biological purification plants and the like.
EP0857965A1 (en) * 1996-12-11 1998-08-12 Ching Fu Kuan Apparatus for measuring light penetrability of liquids

Also Published As

Publication number Publication date
GB2221986A (en) 1990-02-21
FR2635587B1 (en) 1994-02-11
DE3925229A1 (en) 1990-02-22
GB8915482D0 (en) 1989-08-23
US4893935A (en) 1990-01-16
JPH02136733A (en) 1990-05-25
GB2221986B (en) 1992-08-19

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